در این بخش، راجع به سیمانهای آبی طبیعی و مصنوعی که در ساختن بتن و ملاتهای سیمانی مصرف می‌شوند بحث خواهد شد. مواد اصلی تشکیل دهنده سیمانهای آبی عبارتند از: آهک، سیلیس، آلومین و اکسید آهن.

2-7-2-1 سیمان پرتلند مصنوعی

از مهمترین سیمانهای هیدرولیک مصنوعی، سیمان پرتلند است. سیمان پرتلند فرآورده‌ای است که از اختلاط سنگ آهک و خاک رس به نسبت وزنی حدود 3 به 1 تا 4 به 1 (بسته به ترکیب شیمیایی آنها)، آسیاب کردن مخلوط به روشهای تر یا خشک، همگن کردن مواد خام، پختن مواد در کوره تا مرز عرق کردن سطح دانه‌ها و چسبیدن آنها به یکدیگر به شکل جوش یا کلینکر، سرد کردن و آسیاب کردن کلینکر با کمی سنگ گچ به دست می‌آید.

انواع سیمان پرتلند در استاندارد ایران به پیروی از استاندارد آمریکایی ASTM به شرح زیر است:

سیمان نوع 1

سیمان پرتلند معمولی در کارهای معمولی و عمومی نظیر ساختن اسکلتهای بتن‌آرمه، پلها، قطعات پیش‌ساخته بتن‌آرمه، جدول خیابانها، ملاتها، اندودها و پی ساختمانهایی که امکان حمله سولفاتها وجود ندارد مصرف می‌شود.

سیمان نوع 2

سیمان نوع 2 یا سیمان اصلاح شده در برابر حمله سولفاتها از سیمان معمولی مقاوم‌تر است و در مواردی که آب زیرزمینی حاوی کمی سولفات است مصرف می‌شود. به علاوه چون گرمازایی این نوع سیمان هنگام آبگیری کمتر از سیمان معمولی است، در بتن‌ریزیهای حجیم (جسیم) و بتن‌ریزی در هوای گرم نیز به مصرف می‌رسد.

سیمان نوع 3

سیمان نوع 3 یا سیمان خیلی زودگیر را در مواقعی که بارگذاری باید مدتی کوتاه بعد از بتن‌ریزی صورت گیرد یا بخواهند قالبها را زودتر بردارند یا به هنگام بتن‌ریزی در هوای سرد به مصرف می‌رسانند.

سیمان نوع 4

سیمان نوع 4 یا سیمان کم حرارت غالباً در بتن‌ریزیهای حجیم به ویژه در فصول گرم به مصرف می‌رسد.

سیمان نوع 5

سیمان نوع 5 یا سیمان ضد سولفات، برای مصرف در بخشهایی از ساختمان که شدیداً در معرض حمله سولفاتها باشد، مناسب است.

در حال حاضر کارخانه‌های ایران سیمانهای انواع 1 و 2 و 5 را تولید می‌کنند و برای تولید انواع دیگر سفارش می‌پذیرند. در استاندارد آمریکایی ASTM انواع IA و IIA و IIIA نیز وجود دارد که به ترتیب همانند سیمانهای نوع I و II و III می‌باشند، با این تفاوت که حاوی مواد افزودنی حباب‌ساز می‌باشند. این سیمانها تاکنون در ایران استاندارد و تولید نشده‌اند.

2-7-2-2 سیمانهای سفید و رنگی

ترکیب شیمیایی سیمان سفید همانند سیمان پرتلند معمولی است با این تفاوت که با انتخاب مواد اولیه مناسب، از ورود مواد رنگی نظیر اکسیدهای آهن و منیزیم و غیره به فرایند ساخت جلوگیری می‌شود. برای ساختن سیمانهای رنگی، مواد رنگی معدنی بی‌اثر شیمیایی را به سیمان می‌افزایند. با سیمان پرتلند معمولی نیز می‌توان فقط سیمانهای رنگی قرمز، قهوه‌ای و سیاه ساخت. سیمانهای سفید و رنگی بیشتر برای کارهای تزئینی مصرف می‌شوند. رنگ سیمان باید در برابر عوامل جوی و نور پایدار باشد. مواد رنگی متداول عبارتند از اکسید آهن برای رنگهای قرمز، زرد، قهوه‌ای و سیاه، اکسید منگنز برای رنگهای سیاه و قهوه‌ای، اکسید و هیدروکسید کرم برای رنگ سبز، آبی کبالت برای رنگهای آبی، اولترامارین[1] برای رنگ سرمه‌ای، دوده برای رنگ سیاه، کهربای خام و سوخته برای رنگ قهوه‌ای و گل اخرا[2] برای رنگ زرد. میزان رنگ حدود (5%) تا (10%) وزنی سیمان است.

2-7-2-3 سیمانهای طبیعی

واژه سیمان طبیعی به دو نوع سیمان اطلاق می‌شود:

الف:  سیمانهایی که از پختن سنگهای سیمانی موجود در طبیعت به دست می‌آید. ترکیب این نوع سیمانها مشابه پرتلند معمولی و ویژگی آنها بستگی به ترکیب سنگ طبیعی آن دارد. درجه پخت این سیمانها کمتر از سیمان پرتلند بوده و ترکیب شیمیایی آنها نزدیک به آهکهای آبی است.

ب:   سیمانهایی که از ترکیب گردهای باقیمانده آتشفشانی یا رسوبهای دیاتومه یا آب آهک به دست می‌آیند. خاکسترها، پوکه سنگها و کف سنگهای آتشفشانی که سیلیس آنها غیر بلوری می‌باشد، به تنهایی خاصیت چسبانندگی ندارند، ولی گرد نرم آنها چه به شکل طبیعی و چه به صورت عمل‌آورده، با آهک واکنش داشته و تشکیل ترکیباتی را می‌دهند که خاصیت چسبانندگی دارد و در آب پایدارند، بنابراین نوعی سیمان هیدرولیکی به حساب می‌آیند. قبل از اختراع سیمان پرتلند مصنوعی، رومیها، یونانیها و ساکنین اروپای شمالی ساختمانهای دریایی و آبی را با مخلوطی از سیمانهای طبیعی و گرد آهک، شکفته می‌ساختند. بهترین و مشهورترین پوکه سنگ از ناحیه پوزولی[3] واقع در نزدیکی خلیج ناپل استخراج شده و پوزولان نامیده می‌شود، به این علت کلمه پوزولان[4] به تمام موادی که دارای سیلیس اکتیو بوده و قادر به ترکیب با آهک هیدراته و سخت شدن باشند، اطلاق می‌گردد. تراس پوکه سنگ دیگری است که مخلوط آن با دوغاب آهک در شمال اروپا مصرف می‌شد.

       در ایران تاکنون مواد پوزولانی اکتیوی در جاجرود، هراز، دره لومار، تفتان، بستان‌آباد، سبلان و ممقان آذرشهر یافت شده و مطالعاتی روی آنها انجام گردیده است. برای سیمانهای طبیعی ایران استانداردی به نام ”گرد تراس“ تدوین شده است.

2-7-2-4 سیمانهای آمیخته[5]

جزء اصلی این سیمانها کلینکر سیمان پرتلند است. همراه کلینکر مواد پوزولانی طبیعی یا مصنوعی یا مواد افزودنی ویژه‌ای آمیخته و آسیاب می‌شود، عمده این سیمانها به شرح زیر است:

ـ سیمان پرتلند پوزولانی

این سیمان از اختلاط کامل گرد سیمان پرتلند و پوزولان طبیعی و یا مخلوط کردن کلینکر سیمان پرتلند و پوزولان و سپس آسیاب کردن مخلوطی از این دو با کمی سنگ گچ به دست می‌آید، درصد پوزولان معمولاً در مخلوط بین (15%) تا (40%) است.

ـ سیمان پرتلند روباره آهن‌گدازی

این سیمان از آسیاب کردن حدود (5%) تا (85%) کلینکر سیمان پرتلند به همراه (95%) تا (15%) سرباره کوره آهنگدازی (که سریعاً سرد شده) با کمی سنگ گچ به دست می‌آید. درصد سرباره در کشورهای مختلف متفاوت است. در ایران با افزودن حدود   (15%) تا (20%) سرباره ذوب آهن اصفهان به کلینکر سیمان پرتلند در کارخانه سیمان سپاهان، سیمان سرباره ساخته می‌شود.

هر دو نوع سیمان پرتلند پوزولانی و پرتلند روباره، بسته به مقدار مواد پوزولانی و سرباره، کم و بیش در برابر سولفاتها پایدارند و بتن ساخته شده با آنها خلل و فرج و نفوذپذیری کمتری دارد. این دو نوع سیمان در مقایسه با سیمان پرتلند معمولی دیرگیرتر بوده و گرمای آبگیری آنها نیز کمتر است.

ـ سیمان بنایی[6]

سیمان بنایی سیمانی است که در بیشتر کشورهای صنعتی به منظور مصرف در ملاتها و کارهای بنایی ساخته می‌شود. اکثر کارخانه‌ها فرمول خاص خود را برای ساختن این سیمان رعایت کرده و آن را مخفی نگه می‌دارند و منتشر نمی‌کنند.

این سیمان معمولاً از مخلوط کردن حدود (50%) کلینکر سیمان پرتلند و حدود (45%) گرد سنگ آهک مرغوب و قدری سنگ گچ و برخی مواد افزودنی[7] با مقاومت کمتر از سیمان پرتلند ولی دارای خواص مطلوب جهت کارهای بنایی ساخته می‌شود. بعضی سیمانهای بنایی، آمیخته‌ای از سیمان پرتلند و آهک مرده و مواد افزودنی هستند.

سیمانهای ویژه دیگری نظیر سیمان چاه نفت، سیمان برقی، سیمان سوپر سولفات، سیمان منبسط شونده، سیمان با گیرش تنظیم شده[8]، سیمان با ماده حباب‌ساز[9]، سیمان آب‌بند کننده[10]، سیمان پلاستیک (خمیری)[11] ، نیز وجود دارد که از بحث پیرامون آنها خودداری می‌شود.

2-7-2-5 انطباق با مشخصات و استانداردها

سیمانهای مورد مصرف در هر پروژه باید از نظر ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی و مکانیکی و مشخصه‌های ظاهری با آنچه در نقشه‌ها، مشخصات فنی خصوصی، دستور کارها و دیگر مدارک پیمان ذکر شده است منطبق باشد، نوع سیمان در هر قسمت از پروژه و در هر بخش از ساختمان باید قبلاً به تصویب دستگاه نظارت برسد.

ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی سیمانها و روشهای آزمایش آنها باید مطابق استانداردهای ایرانی زیر باشد:

ـ استاندارد شماره 389 : تعیین ویژگیهای سیمان پرتلند (قسمت اول)

ـ استاندارد شماره 390 : تعیین نرمی سیمان پرتلند (قسمت دوم)

ـ استاندارد شماره 391 : تعیین انبساط سیمان پرتلند (قسمت سوم)

ـ استاندارد شماره 392 : تعیین زمان گیرش سیمان پرتلند (قسمت چهارم)

ـ استاندارد شماره 393 : تعیین تاب فشاری و تاب خمشی سیمان پرتلند (قسمت پنجم)

ـ استاندارد شماره 394 : تعیین هیدراتاسیون سیمان پرتلند (قسمت ششم)

ـ استاندارد شماره 989 : گرد تراس

ـ استاندارد شماره 1692 : تجزیه شیمیایی سیمان ـ اندازه‌گیری عناصر اصلی سیمان پرتلند

ـ استاندارد شماره 1693 : تجزیه شیمیایی سیمان ـ اندازه‌گیری عناصر فرعی سیمان پرتلند

ـ استاندارد شماره 1694 : تجزیه شیمیایی سیمان ـ اندازه‌گیری عناصر گوگرد به صورت سولفور

ـ استاندارد شماره 1695 : تجزیه شیمیایی سیمان ـ اندازه‌گیری عناصر اکسید سدیم و اکسید پتاسیم

ـ استاندارد شماره 3432 : ویژگیهای سیمان پوزولانی

ـ استاندارد شماره 3517 : ویژگیهای سیمان سرباره‌ای

ـ استاندارد شماره 3516 : ویژگیهای سیمان بنایی

ـ استاندارد شماره 4220 : ویژگیهای سیمان پرتلند آهکی

ـ استاندارد شماره 2931 : ویژگیهای سیمان پرتلند سفید

ـ استاندارد شماره 405 : ویژگیهای سیمان پنبه نسوز

ـ استاندارد شماره 990 : سیمان تراس

ـ استاندارد شماره 2761 : آیین کاربرد حفاظت و انبار کردن سیمان در کارگاه ساختمانی

ـ هر استاندارد ایرانی دیگری که تا زمان انعقاد پیمان درباره‌ی سیمان، تدوین یا تجدید نظر شود.

تا زمانی که استاندارد ایرانی در برخی موارد تدوین نشده باشد، در درجه اول استانداردهای ”سازمان بین‌المللی استاندارد ISO “ معتبر خواهد بود و در صورت نبودن استاندارد مزبور به ترتیب استانداردهای آمریکایی ASTM ، آلمانی DIN ، بریتانیایی BS ، ژاپنی JIS و شوروی سابق GOST ملاک عمل قرار خواهد گرفت.

2-7-2-6 ویژگیها و حداقل حدود قابل قبول

سیمانهای مصرفی در هر پروژه باید با شرایط اقلیمی، شرایط رویارویی و موقعیت عضو یا قطعه ساختمانی سازگاری داشته باشد.

ویژگیهای شیمیایی انواع سیمان پرتلند باید مطابق با جدول 2-7-2-6 (الف) و ویژگیهای فیزیکی آنها مطابق جدول شماره 2-7-2-6 (ب) باشد.

به علاوه سیمانها باید با مندرجات آیین‌نامه بتن ایران انطباق داشته و الزامات آن را پاسخگو باشند